如何多方面實現(xiàn)高層建筑設(shè)計的完善

趙立靜

摘要：隨著高層建筑的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)理論和建筑技術(shù)也不斷得到提高，高層建筑結(jié)構(gòu)形式也開始趨于多樣化發(fā)展，其表現(xiàn)形式也是多種多樣，但是也隨之出現(xiàn)了很多在高層建筑設(shè)計方面的問題。在作為城市風(fēng)景線的同時，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設(shè)計的問題，如何多方面實現(xiàn)高層建筑設(shè)計的完善是目前高層建筑設(shè)計所追求的主要理念。

關(guān)鍵詞：高層建筑設(shè)計；朝向；采光；主體；抗震

1.建筑朝向設(shè)計

建筑朝向是影響后續(xù)設(shè)計重要環(huán)節(jié)。每個建筑基址都有其特殊性，因此高層建筑的設(shè)計毫不例外也與基址相關(guān)。在決定如何使基址內(nèi)的新建筑有利于環(huán)境時，必須考慮兩個主要的基址因素：當(dāng)?shù)貧夂蚝突穬?nèi)建筑的環(huán)境影響。當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊懣梢允钦娴囊部梢允秦?fù)面的建筑朝向可以通過遮陽帶植物或滲透性墻體加以緩和。通過仔細(xì)研究基本微觀氣候條件，就可以確定最合適的基址和建筑外形，消除不適合的基址區(qū)域。

2.高層建筑采光設(shè)計

高層建筑是生態(tài)設(shè)計的目標(biāo)之一，是優(yōu)化日光的使用，減少人工照明的耗能需求。以及通過減少熱量獲取來減少建筑制冷的負(fù)擔(dān)。當(dāng)太陽光有效地分布到建筑各處而沒有眩光的時候，就可以認(rèn)為是很好的室內(nèi)照明了。先進的日光采集系統(tǒng)設(shè)計有以下方法：

2.1通過將陽光反射至屋頂平面，日光可以到達比那些靠傳統(tǒng)窗戶或天窗采光更深的工作區(qū)域，但不增加窗戶附近的日光強度；

2.2通過利用相對小的進光區(qū)域有效傳統(tǒng)日光，可以不對陽光輻射產(chǎn)生嚴(yán)重的制冷負(fù)荷，從而達到節(jié)省能耗的目的；

2.3仔細(xì)設(shè)計阻擋陽光直射的系統(tǒng)，可以減少陽光直射導(dǎo)致的眩光和溫度不適。設(shè)計的難度在于每天和全年陽光位置及獲得的不斷變化。自然采光的建筑無論設(shè)計得多好，只有在日光有效利用和代替人工照明的情況下才能節(jié)約能源。我們可以完善座位和工作平面規(guī)劃，通過更好的窗戶和立面設(shè)計來減少眩光，獲得自然采光。研究表明，太陽光的適當(dāng)獲得和開闊視野可以提供一種舒適感。然而，為保證一個安全、舒適的工作環(huán)境，使用者應(yīng)該可以控制光線的數(shù)量和質(zhì)量；設(shè)計者需綜合考慮能耗、背景光線、屋頂燈和窗戶的自然采光等因素，并為使用者提供最好的視覺環(huán)境。

3.高層建筑主體設(shè)計

高層建筑設(shè)計中的一個全新的要求就是要實現(xiàn)建筑本身的生態(tài)節(jié)能。首先對于高層建筑主體的下部分裙房而言，雖然其裙房的建設(shè)對整個城市影響較小，但是對街道的尺度以及人性化空間的創(chuàng)造等方面的影響都很大。

建筑的裙樓立面設(shè)計一般不同于上部立面，需要進行細(xì)致的設(shè)計，從而使下部空同豐富多彩而不至于感到蒼白，并要體現(xiàn)人的尺度，因為裙房部分跟公眾視覺接觸較密切，對街道空間感影響也較大。而高層建筑的最上部分一屋頂財整個建筑形象起到強化個性的作用，雖然它較少影響到生態(tài)環(huán)境，但對塑造建筑的標(biāo)志性、豐富城市天際線具有霞要的作用，因此應(yīng)根據(jù)建筑的基座、樓身等因素加以塑造。

高層建筑的主體部分是它的塔樓，塔樓的表現(xiàn)形式對高層建筑的造型起著決定性的作用，現(xiàn)今國外和國內(nèi)的許多高層建筑都有著獨特的外形和明顯的識別性。對一個城市具有一定的代表性，這可以說是高層建筑存在的—個原因。隨著近年來資源短缺問題的出現(xiàn)，全球提出了可持續(xù)發(fā)展，而高層建筑就環(huán)保節(jié)能方面來說是很浪費的，隨之就出現(xiàn)了“生態(tài)型”建筑的概念，可以看出目前高層建筑設(shè)計的—個新要求就是要實現(xiàn)。生態(tài)節(jié)能型”。

造型獨特的塔樓設(shè)計對高層建筑的整體形象起著畫龍點睛的作用，并成為林立在建筑群中區(qū)別于其他建筑的一個重要標(biāo)志，即是城市的標(biāo)志。在十分重視城市空間設(shè)計的今天，高層建筑頂部造型在保護傳統(tǒng)街道空間特色和維護城市空間形態(tài)方面發(fā)揮著重要的作用。但是一段時間以來，存在著一種錯誤的認(rèn)識，膚淺甚至盲目地把它僅僅當(dāng)作權(quán)利、財富和技術(shù)的象征，極力追求所謂的個性，而產(chǎn)生了一批極盡奢華甚至怪異的高層建筑頂部，或者為了眼前的利益而制造了大量平庸的復(fù)制品。這個結(jié)果導(dǎo)致了整個城市空間的破壞，城市整體性的支解和“千城一面”的局面。

4.高層建筑抗震設(shè)計

4.1確保結(jié)構(gòu)整體性

結(jié)構(gòu)的整體性是保證結(jié)構(gòu)各部件在地震作用下協(xié)調(diào)工作的必要條件。通常施工質(zhì)量較好的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)都具有較好的連續(xù)性和抗震整體性。結(jié)構(gòu)的整體性還要求基礎(chǔ)要符合建筑要求，保證基礎(chǔ)具有一定的剛度，柱體與基礎(chǔ)和隔板到樓蓋的連接有足夠的剛度和抗力，各部件連接緊密達到協(xié)同工作。

合理選擇抗震結(jié)構(gòu)

進行抗震設(shè)計時，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計的結(jié)構(gòu)既要考慮其抗震安全性，也要盡可能的經(jīng)濟。結(jié)構(gòu)應(yīng)布置多道抗震防線，避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力。結(jié)構(gòu)應(yīng)擁有良好的整體性和變形能力，使結(jié)構(gòu)的強度、剛度和變形能力一致。

4.2體形和結(jié)構(gòu)總體布置

高層建筑應(yīng)重視體形和結(jié)構(gòu)的總體布置。由于建筑體形不合理或結(jié)構(gòu)總體布置不合理而造成的地震災(zāi)害，在國內(nèi)外的大地震中都有所見。抗震設(shè)計選擇的建筑平面和立面布置宜對稱、規(guī)則，避免采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免有剛度和承載力突然變小的樓層，造成薄弱層的出現(xiàn)，地震時該部分容易破壞。

4.3選擇合理的結(jié)構(gòu)類型

進行抗震設(shè)計時，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計的結(jié)構(gòu)既要考慮其抗震安全性，也要盡可能的經(jīng)濟。結(jié)構(gòu)應(yīng)布置多道抗震防線，避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力。結(jié)構(gòu)應(yīng)擁有良好的整體性和變形能力，使結(jié)構(gòu)的強度、剛度和變形能力一致。

高層建筑從本質(zhì)上講是一個豎向懸臂結(jié)構(gòu)，垂直荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力與建筑物高度大體為線性關(guān)系；水平荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩從受力特性看，垂直荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加；而水平荷載可來自任何方向，當(dāng)為均布荷載時，彎矩與建筑物高度呈二次方變化從側(cè)移特性看，豎向荷載引起的側(cè)移很小，而水平荷載當(dāng)為均布荷載時，側(cè)移與高度成四次方變化由此可以看出，在高層結(jié)構(gòu)中，水平荷載的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直荷載的影響，水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素，結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力應(yīng)有較大的強度外，同時要求結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。

4.4抗震概念設(shè)計的重要性

高層建筑的抗震設(shè)計除了需要精密準(zhǔn)確的計算分析外，還需要有正確的概念設(shè)計，同時抗震概念設(shè)計也是抗震設(shè)計的根本。

工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計不能僅依賴于精細(xì)的計算分析，還必須在總結(jié)分析現(xiàn)有震害經(jīng)驗基礎(chǔ)上，利用已經(jīng)認(rèn)識的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)規(guī)律和良好的結(jié)構(gòu)知識對結(jié)構(gòu)的總體布置和細(xì)部構(gòu)造進行合理設(shè)計，這種設(shè)計方法就是抗震概念設(shè)計。由于存在眾多的不確定因素可能導(dǎo)致計算結(jié)果和實際相差較大，因此為了彌補計算分析的缺陷，采用合理的概念設(shè)計就顯得更加重要。除此之外，合理的概念設(shè)計還能幫助工程師選擇效果最好、造價最低的結(jié)構(gòu)方案。

5.結(jié)束語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何在設(shè)計這過程中出現(xiàn)的遺漏或錯誤都有可能對設(shè)計的結(jié)果產(chǎn)生重大的事故。因此對于高層建筑的設(shè)計，要考慮使用者的需要，以城市的公眾利益為追求的目標(biāo)，進而實現(xiàn)建筑與現(xiàn)代城市未來的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：河北天昊建筑設(shè)計有限公司）